重力坝的设计.docx
《重力坝的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重力坝的设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
重力坝的设计
一、设计目的和要求
水工建筑物课程设计的目的在于培养同学们了解并初步掌握水利工程的设计内容、方法和步骤。
通过课程设计，应用和巩固该课程所学的理论，锻炼应用所学的课程知识解决实际工程的能力，培养正确的设计思想，熟悉水利建设的方针、政策及有关的规范，进一步提高同学们编写设计说明书、进行各种计算和绘制水利工程图的能力。
根据以上目的，要求每一位同学对设计内容中的各个重要环节的设计均需自己动手，做出完整的设计成果（包括编写设计计算书和说明书，绘制设计图），并要求各项设计成果概念明确，说理简明扼要，绘图正确整洁，计算准确并具有一定的精度。
二、设计内容
水工设计
1、挡水建筑物的应力分析、稳定分析
2、泄水建筑物体型设计、水力计算。
三、设计成果及要求
（一）、编制设计说明书、计算书一份。
说明书、计算书要求用钢笔写，章节分明，字体清晰工整。
对于论点的依据、公式来源以及所引用的符号意义均须交待清楚。
使用程序时须附源程序说明、编制原理和程序框图、打印结果等，必要时附源程序。
（二）、图纸
1、水工部分
（1）大坝横剖面图、溢洪道或溢流坝结构布置图1张。
（2）各建筑物必要的细部构造图1张。
图纸需用电脑绘制，要求表达正确、尺寸齐全、整齐美观，符合国家制图标准。
四、时间安排
（1）水工部分设计2周
建议做浆砌石重力坝
第一部分基本资料
第一章基本资料
杨溪水库总库容为2840万M³，总装机容量为2500×2KW。
设计洪水位：
236.26米.校核洪水位：
237.17米
第一节流域的水文气象
驿前河是抚河，源区支流，源出赣闽边界武夷山脉西麓的广昌驿前镇梨木庄，流域面积474平方公里（赤水以上），赤水以下至南城段为抚河中上游段，称为江，南城以下为抚河中下游主流，杨溪水库坝址位于驿前河杨溪附近，坝址以上流域面积为138平方公里，主河道长27.8公里，平均比降0.0082。
库区内地形三面环山，地势西南高，北部低，其中以西南部河流发源地灵花仙山山峰最高达991米（黄河标高，后同）库区河流大致为自西南向东再转向北，流域面积范围在东经116º15′至116º22′，北纬26º31′至26º36′之间。
库区内无大，中型蓄，引水或提水工程，仅在源头龙井电站建有一座小
（一）型水库，控制集雨面积6.7575平方公里，有效库容为141.5万立方米，其他称为小坡，小川，人类活动规模小，对径流量，以流年内分配影响均很小故不考虑水量还原。
水库坝址以上流域内，其上游及下游的山地植被均很好，水土流失量小，仅在中游有部分地区轻度水土流失。
由于该河段内无泥沙，测验资料，经采用下游干流上的沙子岭水文站共24年实测泥沙资料分析多年平均侵蚀模数为154吨/平方公里。
一、气象
气象观测情况
杨溪水库工区流域内无气象观测资料，现以广昌县气象站作为库区流域的代表站该站距坝址约30公里，设立于1954年至今，观测有气温，湿度，降水量，蒸发量，风速等资料，项目较全。
1、降水量：
每年平均降水量1720毫米，实测最大年降水量2336毫米，（1957），年最小降水量1140.2毫米（1971年），降水量年分配不均匀，主要集中在3——6月，约占全年降水量的62%。
2、气温：
每年平均气温为18度,实测极端最高温度40度（1983年8月），极端最低气温-9.8度（1955年1月），月平均最高气温30度（1983年7月），月平均最低气温2.3度（1977年1月）。
3、蒸发：
多年平均蒸发量1504.9毫米，月最大蒸发量309.7毫米（1956年7月），月最小蒸发量22.4毫米（1957年2月）。
4、湿度：
多年平均相对湿度80%，月最小相对湿度8%。
5、风速及风向：
多年平均风速1.8米/秒，多年最大风速20米/秒，相应风向为南风。
6、日照：
多年平均时数为1828.5小时，无霜期多年平均为273天。
二、径流
杨溪水库坝址以上均无流量观测资料，流域内的驿前雨量站，有1957年至今的实测雨量资料，但因其成果精度低而不能采用，坝址以下4公里处的河道上设有东坑水文站，可以作为工程径流分析的主要参考证站。
1、流系列推求：
根据东坑水文站补延后的33年系列资料，按面积比的一次方进行杨溪水库坝址处的年月径流推求，计算的基本公式为：
Q杨溪=F杨溪•Q东坑/F东坑
得杨溪水电坝址历年各月的平均流量如下：
杨溪水库坝址年月平均流量（单位：
M³/S）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
平均
1957
1.09
3.56
5.75
6.78
8.78
5.81
1.54
3.28
1.43
3.20
1.89
1.54
3.72
1958
1.58
2.92
3.31
3.49
17.3
5.68
3.05
1.05
3.16
2.64
1.26
0.78
3.89
1959
1.00
6.02
4.44
5.38
4.88
22.3
6.26
5.16
4.56
1.82
2.35
1.62
5.48
1960
1.84
1.02
3.25
5.04
7.48
5.82
1.84
2.97
2.06
1.48
1.52
1.56
2.99
1961
0.97
1.78
5.14
8.41
7.56
16.8
4.58
3.67
9.59
3.66
3.59
2.69
5.70
1962
2.04
1.30
3.60
6.02
18.1
24.3
9.00
3.74
2.54
2.20
2.38
1.36
6.38
1963
1.26
1.26
1.80
1.81
2.09
5.11
3.05
0.90
0.70
0.89
1.53
1.22
1.80
1964
2.69
2.38
3.14
6.55
4.12
16.0
3.36
2.04
1.03
2.10
1.11
0.78
3.78
1965
0.64
0.70
1.74
5.52
9.21
10.6
3.24
2.20
1.17
3.16
2.58
1.86
3.55
1966
1.81
2.08
3.12
8.26
6.58
13.2
7.63
2.09
2.15
2.22
1.79
1.86
4.40
1967
1.35
3.02
2.79
6.40
7.42
6.62
3.90
2.26
1.28
1.24
1.42
1.24
3.5
1968
0.97
1.22
3.60
3.04
5.60
22.0
14.0
3.61
1.58
2.22
1.44
1.50
5.07
1969
1.94
3.62
4.47
5.06
7.99
9.06
3.54
2.34
1.40
3.54
1.91
1.40
3.86
1970
1.66
1.61
5.12
6.42
18.4
8.66
6.89
2.18
3.07
5.14
1.88
3.50
5.38
1971
1.47
1.90
1.65
1.04
4.43
4.50
6.11
1.87
1.86
1.16
0.98
1.29
1.94
1972
0.93
1.95
0.84
5.02
6.90
4.69
2.36
3.86
1.64
2.42
2.34
2.37
2.94
1973
3.06
2.31
2.90
12.4
19.3
13.7
9.78
5.10
3.18
2.70
1.97
1.47
6.49
1974
1.57
2.34
1.59
1.76
6.07
8.12
4.60
3.38
1.25
2.70
2.95
2.10
3.20
1975
2.29
5.24
7.83
10.0
20.0
15.6
5.40
4.84
4.37
5.99
4.54
3.20
7.44
1976
2.07
3.20
4.30
11.8
8.91
18.2
12.10
4.00
2.88
3.88
2.09
1.50
6.24
1977
1.83
1.60
0.85
2.74
8.48
13.30
5.49
3.60
2.34
1.83
1.57
1.50
3.76
1978
1.59
1.48
3.03
7.17
9.27
7.48
2.60
1.67
0.94
1.19
0.97
0.67
3.17
1979
1.24
1.35
5.20
5.25
6.98
8.19
3.46
2.85
2.90
1.37
1.28
0.88
3.41
1980
0.98
1.74
3.63
11.00
13.00
4.20
3.45
5.02
2.93
2.48
1.82
1.46
4.30
1981
1.35
1.88
5.45
17.30
7.08
6.16
2.94
2.26
2.02
2.36
2.66
1.43
4.40
1982
1.06
2.72
3.90
5.51
9.30
13.70
5.16
2.67
2.77
3.06
3.80
2.35
4.67
1983
9.79
6.20
10.60
8.78
12.10
11.40
3.79
2.28
3.03
2.08
1.20
0.97
5.52
1984
1.20
1.50
2.48
9.22
9.74
18.30
4.68
3.66
5.25
2.70
1.99
1.70
5.20
1985
1.55
4.87
6.00
4.66
3.42
5.82
2.75
3.32
5.00
2.20
1.80
1.45
3.57
1986
1.37
2.00
4.67
7.16
5.34
4.28
1.85
1.14
0.70
1.23
1.40
0.94
2.67
1987
0.76
0.76
2.35
2.66
6.37
3.50
3.11
2.12
1.70
4.12
4.34
2.28
2.84
1988
2.29
3.56
8.19
8.04
8.86
6.70
2.37
3.14
4.75
1.90
1.84
1.59
4.44
1989
3.96
2.63
2.05
4.38
8.93
5.16
3.51
1.77
1.76
1.72
1.70
1.28
3.22
三、洪水
1、水成因与特性
杨溪水库流域的洪水主要由暴雨形成，4-6月洪水由峰面雨形成，7-8月的洪水由峰面雨和台风雨形成。
根据测站实测，一般汛期为4-6月，尤以5，6月的洪水出现次数最多，洪水量也较大，由于山区河道，比降大，洪水易涨易落，来去迅猛，涨洪历时短，一般在一日左右，洪峰历时在1-2小时左右，并且一单峰型出现较多，多峰型洪水较少。
2、杨溪水库坝址处，历年洪峰流量（实测系列）：
单位：
（M³/S
年
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
Q洪峰流量
81.70
185.00
176.00
128
305.00
274
378.0
年
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
Q洪峰流量
191.00
144.00
180.00
504.00
273.00
228.0
730
年
1985
1986
1987
1988
1989
Q洪峰流量
83.3
141.00
88.1
111.00
123.00
a）历史洪水
杨溪水库坝址处，由于无居民点，故难于进行历史洪水调查，但距坝址约4公里的下游河道上，设有东坑水文站，该站调查的站址处1854年、1962年两年的峰值为914秒/立方米，660秒/立方米。
b）杨溪水库实测典型洪水过程线（1984年6月，单位：
秒立方米）
时间
1984年6月
15日8：
00
8：
30
9：
00
9：
30
10：
00
10：
30
11：
00
Q典型
11.5
18.6
39.8
84.5
172
322
564
11:
30
12:
00
12:
06
12:
18
12:
30
13:
30
14:
00
15:
00
838
895
888
888
824
585
452
262
16:
00
17:
00
19:
00
21:
00
6、16
0:
00
2:
00
8:
00
14:
00
178
128
82.5
63.0
45.7
40.2
30.6
23.7
20:
00
六月17日2：
00
8：
00
14：
00
6.18
2:
00
4:
00
8:
00
12:
0
19.6
18.2
16.9
16.9
16.3
15.1
15.7
15.5
第二章坝工部分
在本设计中，根据当地的地质地貌，岩石特性及材料的供应情况，确定修建浆砌石拱坝。
在该部分，主要任务为确定非溢流坝段拱坝的有关参数、大坝的平面布置、应力分析及溢流坝段设计。
第一节工程地质条件
一、区域地质条件
广昌县杨溪电站在大地构造上处武夷山地背斜的西北翼，属于我国东部地区新华厦构造体系，构造线大致呈北东方向，发育走向北北东的褶皱系和断裂带。
根据江西——福建等震线图，本区的地震烈度为六度。
区内出露的岩性主要有前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩及零星的第四纪覆盖物。
区内水文地质条件简单，地下水有两种：
一是埋藏于冲积层及破残层中的空隙性潜水，不构成统一的含水层，水量有限；二是埋藏于基岩中的裂隙性潜水，水量有限。
这二种地下水均接受大气降水补给，排泄于河道中。
二、库区工程地质条件
库区出露地层为前震旦系的变粒岩和加里东期的混合花岗岩，此外零星分布的厚度很小的冲击沙，卵，石层及坡亚粘沙土层。
库区仅见驿前大断层通过，但远离坝区，此断层为压扭性断裂，破碎带挤压紧密，且被第四纪坡残土层覆盖，因此不成为库区渗漏通道。
此外，库区主要有变粒岩和混花岗岩组成，岩石渗透性小，四周山体雄厚，又无大的临谷，故库区无渗漏之虑。
库区尚未发现大的滑坡，坍塌，大的崩塌堆集等不良的物理地质现象，山坡是稳定的。
建坝不后不致产生大的边岸再造问题。
库区植被发育，水土保持良好，固体径流来源不丰富，因此，库区淤积问题不致严重。
此外，库区除了下陌村及部分田外，尚无有价值的矿产资源和文物古籍被淹没，故淹没损失小。
三、枢纽区域工程地质
一、坝址工程地质条件
（一）地层岩性
1、坝址出露太古界前震旦系第三段（AZ）地层，新生界第四系全新统（Q4）以及加里东期的混合花岗岩（M）。
前震旦系第三段（AnZc），出露在全区，为黑云母变粒岩；硅化，绢云母化变粒岩；混合质变粒岩及条痕状混合岩。
黑云母变粒岩：
呈灰色，细粒结构，显片理。
主要成分为石英（40%），钾长石（23%），斜长石（15%），黑云母（15%）。
硅化、绢云母变粒岩：
呈灰黄色，结构致密，显片理。
主要成分为：
石英（70%）、绢云母（22%）、白云母（15%）。
以上两种变粒岩是坝区的主要岩性，分布比较广泛，并有混合花岗岩穿插其中。
混合质变粒岩：
呈灰色，结构致密、均一、但黑云母呈定向分布，其主要成分石英（40%）、斜长石（30%）、钾长石（15%）、黑云母（15%）。
条痕状混合岩：
灰色，致密块状、黑云母定向排列并形成条痕构造。
其主要成分：
石英（40%）、斜长石（40%）、黑云母（13%）。
以上两种岩性，在坝区分布零星，且厚度不大，延伸不远便尘灭。
2、第四系全新统（Q4），按其成因类型可分为坡残积层（d—Elq4）和冲积层（Alq4），前者分布在坝区山坡及冲沟之中，为灰黄色砂壤土，壤土夹碎（砾）石，层厚0.5-2.0米；后者主要分布在河道拐弯处及两岸水边，为漂石、砂卵（碎）石，层厚0.5-2.5米。
3、加里东期的混合花岗岩（Mrs’），坝区分布凌乱，呈灰白—淡黄绿色，其主要成分是石英（31%）、微斜长石（30%）、斜长石（25%有蚀变现象）和白云母（30%），与上部的震旦系地层呈侵入接触关系，二者胶合良好，层厚大于1000米。
（二）地质构造
坝址处在武夷山地背斜西北翼，岩层呈单斜，在坝区上，下游地层走向大致北东东向（这可能与加里东期我省北部强烈的褶皱回返有关），其产状为334º-352º〈24º-36º，局部因受混合花岗岩侵入的影响，产状有所变化。
坝区地质构造简单，没有大的断层通过，岩层中节理裂隙也不甚发育。
层间错动：
坝址的变粒岩中，由于构造运动（如武夷山地背斜的形成和后期岩浆岩的侵入等原因，同时受变粒岩本身的影响，普遍发育有层间错动，即：
有变粒岩的地方，就有层间错动存在。
通过坝址区的九个平洞及部分槽深的揭露资料发现，坝址区发育的层间错动有如下规律：
1、分布广泛；
2、接近地表处呈张开状，且含次生泥，但随着深度的增加，错动面逐渐闭合，也不含泥质；
3、由于后期花岗岩的侵入，造成了层间错动的起伏，被花岗岩岩体切割，致使层间错动面并不完全连续。
（三）地貌及物理地质现象：
坝址区为低山求侵蚀地貌，山体雄厚，呈北北西方向展布。
驿前河有南南东往北北西流向坝址区。
坝段河道平直，两岸地形也比较对称。
左右两岸山头高程分别为288.75米和290.50米。
两岸坡度适中，左岸稍陡，坡角30º-50º。
河谷狭窄，谷底宽20米左右，河水很浅，枯水期水深为0.5米左右。
河床高程194米左右，河床两岸基岩裸露，以变粒岩为主，岩体的风化程度两岸不一，右岸风化深度小于5米左右，而左岸风化深度大，强风化区的最大厚度达22.05米。
两岸有规模不等的御前裂隙发育，它与坝址发育的北西走向的裂隙面形成了不利组合关系，致使一部分表层岩石出现松动，右岸靠近坝线下游山坡，因此形成了一个小的滑坡体，但迄今为止，坝址区尚未发现大滑坡、大崩塌、大量的松散堆积和泥石流等不良物理地质现象。
a）水文地质现象
坝区地下水按其埋藏条件可分为孔隙潜水和裂隙潜水两种。
前埋藏在第四纪的松散地层中，由于分布零星，厚度小，未能形成统一的含水层，含水较少，但透水性强。
裂隙潜水埋藏于断层和节埋裂隙密集带中，含水性及透水性不均一，总趋势是：
随着深度的增加，岩体风化程度的减弱而减小，如河床基岩透水性弱，一般值均少于0.03升/分米、米，个别达到0.035升/分米、米，两岸基岩透水层厚度相对较大，且左岸大于右岸。
特别是全、强风化带中透水层厚度较大。
弱风化带以下，W值一般在0.020升/分米、米以下，个别达到0.029升/分米、米。
可见，单位吸水随着深度的增加、岩石风化程度的减弱而变小的趋势十分明显。
两岸地下水位的埋深均在风化带以下，最深处达20.90米，尤其是左岸地下水位比较低。
坝址的地表及地下水均属于HCO3—N型水。
地下水有中等溶出型侵蚀，一般酸性弱腐蚀，无其它类型侵蚀。
地表水具有中等溶春型和一般酸性弱侵蚀，还具有中等碳酸型腐蚀，无其它侵蚀性。
（四）坝区主要地质技术参数
坝基由黑云母变粒岩、硅化、绢云母化变粒岩及混合花岗岩组成，它的主要物理力学指标如下：
岩性
力学参数
风化程度
饱和抗
压强度
MPa
砼/岩石
动弹模数
Ed
GPa
泊桑比
μso
容量
g/cm³
摩擦系数
f
抗剪断强度
摩擦系数
f
凝聚力C
MPa
变
粒
岩
弱风化
55-77
0.55-0.60
0.55-0.60
0.5-06
10
0.25
2.53
微-新鲜
80-100
0.60-0.65
0.60-0.55
15
0.20
2.53
混合
花岗
岩
弱风化
30
0.60-0.65
0.60-0.65
0.6-0.7
10
0.20
2.58
微-新鲜
40
0.65-0.70
0.65-0.70
0.7-0.8
15
0.15
2.55
说明：
1、坝基各段的力学指标可近岩石指标的加权平均值采用；
2、定层间错动面是可能滑动的软弱面，则取f=0.35-0.40，c=0进行稳定计算。
开挖边坡建议取值：
开挖坡高（米）
边坡值
风化程度
0-10米
10-15米
永久
临时
永久
临时
全风化层或堆层
1：
1
1：
0.75
1：
1.25
1：
1
强风化层
1：
：
0.75
1：
0.5
1：
1
1：
0.75
弱风化岩层
1：
0.5
1：
0.5
1：
0.75
1：
0.5
第二节天然建筑材料
一、砂料场
黄石嘴砂料场：
位于坝址下游约3公里的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为石英中粗砂。
粒径一般在1-2毫米之间，含泥量极少，总储量3000立方米以上。
地处公路边，运输方便。
清潭砂粒场：
位于母坝址下游约7公里的右岸，为一沿河浅滩，有效储量6000M³左右，为石英中、粗砂，分选良好，运输方便。
大港上砂料场：
位于坝址下游约7.5公里的左岸，地面平坦，为石英中粗砂，加卵砾石（约5%）。
砂的摩圆度好，分选较好。
料场面积大于120000M²，有效厚度大于2米，总储量大于240000M³。
二、（砾）石料场
湖罗石卵砾石料场：
位于坝址下游约500米的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为卵（砾）石夹少量中粗砂，粒径一般在510厘米，最大达30厘米，磨圆较好，成分以变粒岩和花岗岩为主，分选性较差，大小混杂，料场面积20000M³，平均厚度3米，有效储量60000M³，地处公路边，交通方便。
田卵（砾）石料场：
位于坝址下游约1.5公里的右岸，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下。
岩性同湖罗石卵砾石料场，料场面积10000M³，层厚3米无无效层，有效储量30000M³，质量较好，地处公路边，开采与交通方便。
东坑卵（砾）石料场：
位于坝址下游右岸东坑水文站附近，为一沿河浅滩，地面平坦，汛期没于水下，岩性为卵（砾）石夹少量中粗砂，粒径一般在210厘米，少量达30厘米，磨圆较好，摩圆度好，分选较好。
料场面积20000M³，层厚3米无无效层，有效储量160000M³，质量较好，地处公路边，开采与交通方便。
三、于坝址下游1100米到1400米左岸，为一陡峭山坡，岩性为灰白色混合花岗岩，主要成分为石英，长石，及黑云母和白云母等，岩石新鲜坚硬，抗风化能力强，饱和抗压强度为500kg/cm，干容重2.58g/cm³。
从它的物理力学指标来看，完全可以作为大坝的块石料。
料场上覆盖无效层平均厚度约2米，估计储量大于500000m³，运距近，储量丰富，必要是可扩大开采。
总之，该工程的天然建筑材料都能满足需求量，质量较好，运输也较方
升级会员 